CN111415355A - 基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法、***及装置 - Google Patents

基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法、***及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法、***及装置，所述测量方法包括：获取包含目标物体的图像，所述目标物体包括两个待测间距的目标物；对所述图像进行分割处理，得到所述目标物体；计算所述目标物体在图像中的像素坐标；依据像素坐标与世界坐标的变换矩阵，计算得到所述目标物体在世界坐标的位置，所述变换矩阵为已知世界坐标系和图像坐标系的对应关系；依据所述目标物体的世界坐标位置，计算得到所述两输电线路之间的距离。通过本发明通过图像处理可实现对电网的输电线路距离的计算，进而可为输电线路的安全间距进行判断。

Description

基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法、***及装置
技术领域
本发明涉及一种基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法、***及装置，属于图像处理技术领域。
背景技术
随着高压线路网架的不断完善，高压线路的电压等级越来越高、线路公里数也快速增加，线路运行维护工作量在增加，巡检难度也在提高。高压线路以输电线路为主，长年在野外运行，且有交叉跨越其它电压等级的高压线路、还有跨越建筑物和树木等，当天气或覆冰原因导致弧垂变大就会造成线路故障或重大事故，另外导线对地距离、跳线和杆塔间距不足等都能引发高压线路事故。然而，现有监测手段以线路工人目测或用经纬仪经多次测量才能得出结果，存在难度大，手段落后，测量麻烦等问题，常给运行线路管理带来不便，影响运行安全。
发明内容
基于上述，本发明提供一种基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法、***及装置，可通过图像处理测量得到输电线路的间距，进而为安全判断提供依据。
本发明的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法，所述测量方法包括：
获取包含目标物体的图像，所述目标物体包括两个待测间距的目标物；
对所述图像进行分割处理，得到所述目标物体；
计算所述目标物体在图像中的像素坐标；
依据像素坐标与世界坐标的变换矩阵，计算得到所述目标物体在世界坐标的位置，所述变换矩阵为已知世界坐标系和图像坐标系的对应关系；
依据所述目标物体的世界坐标位置，计算得到所述两输电线路之间的距离。
在其中一个例子中，对所述图像进行分割处理包括灰度化处理和二值化处理。
在其中一个例子中，所述灰度化处理公式为：
Fg(i,j)＝0.299*R(i,j)+0.587*G(i,j)+0.144*B(i,j)
其中，i代表图像的第i行，j代表图像的第j列，Fg(i，j)为灰度化后的图像在(i，j)处的灰度值，R(i，j)，G(i，j)，B(i，j)分别代表RGB图像三分量在(i，j)处的值。
在其中一个例子中，采用模板匹配算法计算所述目标物体在图像中的像素坐标。
第二方面，本发明提供一种基于图像处理的输电线路安全间距的测量装置，所述测量装置包括：
获取模块，用于：获取包含目标物体的图像，所述目标物体包括两个待测间距的目标物；
分割模块，用于：对所述图像进行分割处理，得到所述目标物体；
第一计算模块，用于：计算所述目标物体在图像中的像素坐标；
第二计算模块，用于：依据像素坐标与世界坐标的变换矩阵，计算得到所述目标物体在世界坐标的位置，所述变换矩阵为已知世界坐标系和图像坐标系的对应关系；
第三计算模块，用于：依据所述目标物体的世界坐标位置，计算得到所述两输电线路之间的距离。
在其中一个例子中，所述分割模块包括灰度化处理子模块和二值化处理子模块。
在其中一个例子中，所述灰度化处理子模块的计算公式为：
Fg(i,j)＝0.299*R(i,j)+0.587*G(i,j)+0.144*B(i,j)
其中，i代表图像的第i行，j代表图像的第j列，Fg(i，j)为灰度化后的图像在(i，j)处的灰度值，R(i，j)，G(i，j)，B(i，j)分别代表RGB图像三分量在(i，j)处的值。
在其中一个例子中，所述第一计算模块采用模板匹配算法计算所述目标物体在图像中的像素坐标。
第三方面，本发明提供一种基于图像处理的输电线路安全间距的测量***，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可以在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行上面所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上面所述的方法。
本发明的有益效果是：本发明通过图像处理，可实现对电网的输电线路距离的计算，进而可为输电线路的安全间距进行判断。特别是本发明提出了结合模板匹配法的方法，能够有效提取所需定位目标。
本发明可对输电线路的安全运营状态进行有效判断，最大限度提高检测的准确性和实用性。本发明用于电网输电线路安全间距的精确测量，可及时发现线路的安全隐患，从而保证运行高压线路的安全，该方法为进一步提升线路的管理水平和电网的智能化水平提供技术支持。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为本发明实施例的结构框架图；
图3为本发明实施例的又一装置框图；
图4为本发明实施例的计算机可读介质的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例一
请参阅图1，本发明实施例基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法，所述方法包括：
S1、获取包含目标物体的图像，所述目标物体包括两个待测间距的目标物；
具体地，在输电线路设备现场架设影像采集设备，例如相机，进行目标物体的图像采集。目标物体可以是两个输电线路，也可以是架空地线与架空导线、架空导线与树木、拉线与引流线、架空导线与房屋、架空导线与地面、引流线与塔身。
应当注意的是，在拍摄含目标物体的图像时，图像中尽量只含有目标物体和目标背景，并且使得目标物体和目标背景区别明显，以便于后续的准确处理。
S2、对所述图像进行分割处理，得到所述目标物体；
具体地，对图像进行分割处理包括灰度化处理和二值化处理。其中，
对图像进行灰度化处理，将图像中RGB三个分量以加权平均的方法进行计算得到灰度值，灰度化处理公式为：
Fg(i,j)＝0.299*R(i,j)+0.587*G(i,j)+0.144*B(i,j)
其中，i代表图像的第i行，j代表图像的第j列，Fg(i，j)为灰度化后的图像在(i，j)处的灰度值，R(i，j)，G(i，j)，B(i，j)分别代表RGB图像三分量在(i，j)处的值。
由于目标物体与目标背景的灰度值差异较大，因此采用最大类间方差法--大津法(OTSU)来获取阈值，对图像进行二值化处理：
Figure BDA0002442699170000041
其中，T表示阈值，Fg表示灰度化图像，F表示二值化后图像。由于不同天气情况下，天空背景的灰度值会发生变化，因此在设置阈值时应充分考虑阈值变化范围，选取合适的阈值进行图像二值化处理。
通过前述，可以使得目标物体与目标背景区别明显，即达到分割图像，获得目标物体的目的。
S3、计算所述目标物体在图像中的像素坐标；
具体地，利用模板匹配算法得到图像中目标物体所在像素位置，例如可通过目标物的二值化图像形状特征选定匹配模板，将图像分割成与匹配模板大小相同的区域，扫描图像进行图像各区域与匹配模板相似度的计算，具体包括以下4个关键步骤：
1)依据输电线路特征选择模板特征和基准模板；
2)选择基准模板的大小(10*10像素)；
3)选择模板匹配的相似度量公式(如非负矩阵分解)；
4)选择模板匹配的扫描策略(遍历)。
依据模板匹配法的原理，相似度最高处即为目标物所在区域，并可依此得到目标物所处像素位置(目标物所在区域中心点)。
S4、依据像素坐标与世界坐标的变换矩阵，计算得到所述目标物体在世界坐标的位置，所述变换矩阵为已知世界坐标系和图像坐标系的对应关系；
具体地，像素坐标与世界坐标的变换矩阵根据相机标定而定，相机标定涉及像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系及世界坐标系，利用坐标之间的变换，可以得到像素坐标系与世界坐标系之间的约束方程：
Figure BDA0002442699170000051
其中，[u v]T为目标物在像素坐标系中的像素坐标，[XW YW ZW]T为目标物在世界坐标系中的世界坐标，R为相机坐标到世界坐标的旋转矩阵，T为像极坐标到世界坐标的平移矩阵，ZC为相机坐标的z轴方向位置，(dx,dy)为每个像素的物力尺寸，f为相机焦距，(u0,v0)为图像中心的像素坐标。
利用已知世界坐标系(标定板)和图像坐标系(对标定板图像处理后结果)的对应关系即可求解得到约束方程具体数值。
在得到约束方程具体数值后，再将步骤S3计算得到目标物体在图像中的像素坐标输入约束方程，即可计算得到目标物体在世界坐标的位置。
S5、依据所述目标物体的世界坐标位置，计算得到所述两目标物体之间的距离。
通过目标物体的世界坐标位置，即可计算目标物体之间的距离，完成对输电线路安全间距的判断。在此基础上，巡检人员将该距离与标准距离比对，即可判断输电线路是否安全。
实施例二
请参阅图2，本发明实施例二提供了一种基于图像处理的输电线路安全间距的测量装置，所述测量装置包括：获取模块，用于：获取包含目标物体的图像，所述目标物体包括两个待测间距的目标物；分割模块，用于：对所述图像进行分割处理，得到所述目标物体；第一计算模块，用于：计算所述目标物体在图像中的像素坐标；第二计算模块，用于：依据像素坐标与世界坐标的变换矩阵，计算得到所述目标物体在世界坐标的位置，所述变换矩阵为已知世界坐标系和图像坐标系的对应关系；第三计算模块，用于：依据所述目标物体的世界坐标位置，计算得到所述两输电线路之间的距离。
在其中一个例子中，所述分割模块包括灰度化处理子模块和二值化处理子模块。
在其中一个例子中，所述灰度化处理子模块的计算公式为：
Fg(i,j)＝0.299*R(i,j)+0.587*G(i,j)+0.144*B(i,j)
其中，i代表图像的第i行，j代表图像的第j列，Fg(i，j)为灰度化后的图像在(i，j)处的灰度值，R(i，j)，G(i，j)，B(i，j)分别代表RGB图像三分量在(i，j)处的值。
在其中一个例子中，所述第一计算模块采用模板匹配算法计算所述目标物体在图像中的像素坐标。
由于本发明实施例二所介绍的装置，为实施本发明实施例一的方法所采用的装置，故而基于本发明实施例一所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该装置的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例一的方法所采用的装置都属于本发明所欲保护的范围。
实施例三
请参阅图3，需要说明的是，基于上述实施例一、实施例二同样的发明技术，本发明实施例三提供了一种***，包括：射频电路310、存储器320、输入单元330、显示单元340、音频电路350、WiFi模块360、处理器370、以及电源380等部件。其中，储存器320上存储有可在处理器370上运行的计算机程序，处理器370执行所述计算机程序时实现实施例一种所述的步骤S1、S2、S3、S4、S5。
在具体实施过程中，处理器执行计算机程序时，可以实现实施例一、二中的任一实施方式。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的装置结构并不构成对装置本身的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
下面结合图3对计算机设备的各个构成部件进行具体的介绍：
射频电路310可用于信号的接收和发送，特别地，将基站的下行信息接收后，给处理器处理。通常，射频电路310包括但不限于至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器、双工器等。
存储器320可用于存储软件程序以及模块，处理器370通过运行存储在存储器320的软件程度以及模块，从而执行计算机设备的各种功能应用以及数据处理。存储器320可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器320可以包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
输入单元330可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。具体地，输入单元330可包括键盘331以及其他输入设备332。键盘331，可收集用户在其上的输入操作，并根据预先设定的程序驱动相应的连接装置。键盘采集到输出信息后再输送给处理器370。除了键盘331，输入单元还可以包括其他输入设备332。具体地，其他输入设备332可以包括但不限于触控面板、功能键(比如音量控制按键、开关按键灯)、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种。
显示单元340可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及计算机设备的各种菜单。显示单元340可包括显示面板341，可选地，可以采用液晶显示器、有机发光二极管等形式来配置显示面板341。进一步的，键盘331可覆盖显示面板341，当键盘331检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器370以确定触摸事件的类型，随后处理器370根据输入事件的类型在显示面板341上提供相应的视觉输出。虽然在图3中键盘331与显示面板341是作为两个独立的部件来实现计算机设备的输入和输入功能，但是在某些实施例中，可以将键盘331与显示面板集341成而实现计算机设备的输入和输出功能。
音频电路350、扬声器351，传声器352可提供用户与计算机设备之间的音频接口。音频电路350可将接收到的音频数据转换后的电信号，传输到扬声器351，由扬声器351转换为声音信号输出。
WiFi属于短距离无线传输技术，计算机设备通过WiFi模块360可以帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。虽然图3中示出了WiFi模块360，但是可以理解的是，其并不属于计算机设备的必须构成，完全可以根据需要在不改变发明的本质的范围内而省略。
处理器370是计算机设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器320内的数据，执行计算机设备的各种功能和处理数据，从而对计算机设备进行整体监控。可选地，处理器320可报考一个或多个处理单元；优选地，处理器320可集成应用处理器，其中，应用处理器主要处理操作***、用户界面和应用程序等。
计算机设备还包括给各个部件供电的电源380(比如电源适配器)，优选的，电源可以通过电源管理***与处理器370逻辑相连。
实施例四
基于同一发明构思，如图4所示，本实施例四提供了一种计算机可读存储介质400，其上存储有计算机程序411，该计算机程序411被处理器执行时实现实施例一种所述的步骤S1、S2、S3、S4、S5。
在具体实施过程中，该计算机程序411被处理器执行时，可以实现实施例一、二中的任一实施方式。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于硬盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他科编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读介质存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装置到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法，所述测量方法包括：
获取包含目标物体的图像，所述目标物体包括两个待测间距的目标物；
对所述图像进行分割处理，得到所述目标物体；
计算所述目标物体在图像中的像素坐标；
依据像素坐标与世界坐标的变换矩阵，计算得到所述目标物体在世界坐标的位置，所述变换矩阵为已知世界坐标系和图像坐标系的对应关系；
依据所述目标物体的世界坐标位置，计算得到所述两输电线路之间的距离。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法，其特征在于，对所述图像进行分割处理包括灰度化处理和二值化处理。
3.根据权利要求2所述的基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法，其特征在于，所述灰度化处理公式为：
Fg(i,j)＝0.299*R(i,j)+0.587*G(i,j)+0.144*B(i,j)
其中，i代表图像的第i行，j代表图像的第j列，Fg(i，j)为灰度化后的图像在(i，j)处的灰度值，R(i，j)，G(i，j)，B(i，j)分别代表RGB图像三分量在(i，j)处的值。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的输电线路安全间距的测量方法，其特征在于，采用模板匹配算法计算所述目标物体在图像中的像素坐标。
5.基于图像处理的输电线路安全间距的测量装置，所述测量装置包括：
获取模块，用于：获取包含目标物体的图像，所述目标物体包括两个待测间距的目标物；
分割模块，用于：对所述图像进行分割处理，得到所述目标物体；
第一计算模块，用于：计算所述目标物体在图像中的像素坐标；
第二计算模块，用于：依据像素坐标与世界坐标的变换矩阵，计算得到所述目标物体在世界坐标的位置，所述变换矩阵为已知世界坐标系和图像坐标系的对应关系；
第三计算模块，用于：依据所述目标物体的世界坐标位置，计算得到所述两输电线路之间的距离。
6.根据权利要求5所述的基于图像处理的输电线路安全间距的测量装置，其特征在于，所述分割模块包括灰度化处理子模块和二值化处理子模块。
7.根据权利要求6所述的基于图像处理的输电线路安全间距的测量装置，其特征在于，所述灰度化处理模块的计算公式为：
Fg(i,j)＝0.299*R(i,j)+0.587*G(i,j)+0.144*B(i,j)
其中，i代表图像的第i行，j代表图像的第j列，Fg(i，j)为灰度化后的图像在(i，j)处的灰度值，R(i，j)，G(i，j)，B(i，j)分别代表RGB图像三分量在(i，j)处的值。
8.根据权利要求6所述的基于图像处理的输电线路安全间距的测量装置，所述第一计算模块采用模板匹配算法计算所述目标物体在图像中的像素坐标。
9.基于图像处理的输电线路安全间距的测量***，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可以在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行权利要求1至4中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法。
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